毕业设计--消毒柜侧盖注射模拟及其注射模设计.doc

常州工学院机电工程学院毕业设计论文 摘要摘要 毕业设计课题为消毒柜侧盖注射模拟及其注射模设计。分析了塑件的结构特点，运 用 Moldflow 软件对塑件进行了模拟分析 ,优化了浇口位置 ,并针对成型过程中出现的 缺陷进行了工艺参数优化 ,在模拟结果的基础上完成了该塑件注塑模的结构设计和材料 选定 ,并介绍了模具的结构和工作过程。该模具采用潜伏式浇口和侧向抽芯机构，一模 两腔。CAE 优化与模具设计的有效结合 ,缩短了模具研发周期 ,降低了产品开发成本 , 提高了产品质量。该模具结构合理 ,操作方便 ,生产效率高。 关键词：关键词：注射模具 一模两腔 模具设计 模拟分析 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 i ABSTRACT My graduation project is the injection simulation analysis and the design of the injection mold of the side cover of the disinfect a cabinet.The structure characteristics of the plastic part were analyzed. The Moldflow software was used for the simulation analysis and optimization of the gate position for the plastic part. By optimizing the process parameters, the defects of the injection molding were successfully avoided. Based on the simulation result, the structure designing and the material selection of its injection mold had been finished. The injection mold with two cavities adopted the hidden gate system and side core-pulling mechanism.Combining CAE optimizing with mold design could shorten the mold developing cycle, reduce the product development cost and enhance the product quality. The mold was convenient to operate , with proper structure and high efficiency. Keywords: Plastic mould two cavities of the mold mold design simulation analysis 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 目录目录 1.1.前前 言言 1 1 1.1 概述1 1.2 发展情况1 1.3 国外的发展情况1 1.4 国内的发展情况2 1.5 课题设计的内容2 1.5.1 本课题的设计要求 2 1.5.2 本课题的设计目的和意义 2 2.2.塑料件的结构工艺性分析及模架的选择塑料件的结构工艺性分析及模架的选择 3 3 21 塑料的原材料分析3 2.2 塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析3 2.2.1 塑料件的结构分析 3 2.2.2 塑料尺寸精度的分析 4 2.2.3 表面质量的分析 4 23 塑料的注射工艺参数的确定及模架的选择4 3.3. MOLDMOLD FLOWFLOW 模拟分析模拟分析7 7 31 网格划分和修改结果7 3.2 最佳浇口的位置的分析及选择7 3.2.1 两种浇口位置方案的比较 8 4.4.型腔数的确定及浇注系统的设计型腔数的确定及浇注系统的设计 1212 4.1 分型面的选择12 4.2 型腔数的确定12 4.3 确定型腔的排列方式13 4.4 浇注系统的设计13 4.41 主流道的设计 13 4.4.2 冷料井与拉料杆的设计 .14 4.4.3 分流道的设计 .14 4.4.4 浇口的设计 15 5.5.排气、冷却系统的设计与计算排气、冷却系统的设计与计算 1616 5.1 排气系统的设计16 5.2 冷却系统的设计与计算17 6.6.成型零件的设计成型零件的设计 1919 6.1 注射模钢材的选用19 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 I 6.2 成型零部件的设计与计算19 6.2.1 凹模和型芯的尺寸计算 .19 6.3 型腔壁厚和底板厚度的计算.21 6.3.1 型腔侧壁厚度的计算： .21 6.3.2 底板厚度计算.22 7.7.侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计 2525 7.1 侧向抽芯机构： 25 7.2 抽芯距与抽芯力的计算 25 7.3 斜导柱圆形截面直径的计算 26 7.4 斜导柱长度的计算.26 8.8.导向与定位机构的设计导向与定位机构的设计 2727 8.1 导柱设计.27 8.2 导套设计.27 8.3 导柱和导套的配合使用.28 8.4 导柱位置的布置.29 8.5 定位圈的设计.29 9 9脱模机构的设脱模机构的设 3030 9.1 脱模力计算.30 9.2 推出零件尺寸的确定.30 10.10.注射机与模具各参数的校核注射机与模具各参数的校核 3232 10.1 工艺参数的校核.32 10.1.1 注塑量的校核（按体积）最大注塑容积为.32 10.12 锁模力的校核32 10.1.3 最大注塑压力校核.33 10.2 安装参数的校核.33 10.2.1 喷嘴尺寸.33 10.2.2 定位圈尺寸.33 10.2.3 最大与最小模厚 33 10.2.4 螺孔尺寸.33 10.3 开模行程和推出机构的校核.33 10.3.1 开模行程校核.33 10.3.2 推出机构校核.34 1111塑料模具钢的选用及其热处理塑料模具钢的选用及其热处理 3535 11.1 塑料模具钢的必要条件.35 11.2 模具设计的考虑因素.35 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 II 11.2.1 塑件的生产批量.35 11.2.2 塑料件的尺寸精度.35 11.2.3 制件的复杂程度.35 11.2.4 制件的体积大小.35 11.2.5 制件的光观要求.36 11.3 模具钢的选定.36 结论结论 3737 致谢致谢 3838 参考文献参考文献 3838 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 0 1.1.前前 言言 1.1 概述 近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量 达到 50t 以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到 2m，制件精度很高的小模数齿 轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模 7800 腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达 6m/min 以上的高速塑料异型材挤出模 具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共 挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM 技 术的应用面已大为扩展，高速加工及 RP/RT 等先进技术的采用已越来越多，模具标准 件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。 另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提 高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造 1.2 发展情况 塑料工业是一门新兴的工业，随着石油工业的发展应运而生的。塑料工业的发展 大致分为以下几个阶段。 （1） 初级阶段：30 年代以前，科学家研究成了酚醛塑脂，硝酸纤维素及醋酸纤 维素的塑料，它们的工业特征仅是间歇法，小批量生产。 （2） 发展阶段：30 年代，低密度聚乙烯，聚苯乙烯，和聚酰胺的热塑性塑料相 继工业化，奠定了塑料工业的发展基础，为其进一步发展开辟了道路。 （3） 飞跃发展段：50 年代中期到 60 年代末，石油工业的高速发展为塑料工业提 供了丰富而廉价的原料。这一阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加 工技术更趋完善。 （4） 稳定增长阶段：这一阶段塑料产量下降，塑料工业的特点是通过共聚，交 聚，共混，复合，增强，填充和发泡等方法来改进塑料的性能。提高产品 质量。塑料工业向着生产工艺自动化，连续化，产品系列化，以及塑料发 展的新领域。 1.3 国外的发展情况 注塑模具设计，国外先进国家（日本、德国、美国等）从 20 世纪 80 年代中期已 广泛使用计算机对塑料模进行辅助设计（CAD） ，辅助制造（CAM） ，并对模具设计的各 个环节进行定量计算机和数值分析（CAE） ，已由经验数据逐步过渡到计算机设计，对 模具浇注系统和型腔的熔料流动行为以及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助 设计1。注塑制品已呈现自动化生产，对注塑成型机可以进行远距离操作或无人操作， 成型机可以根据生产监测信号实时调整成型工艺条件，从而能从根本上保证塑料制品 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 1 的成型质量不发生问题。 1.4 国内的发展情况 我国注塑模具设计，仍然采用经验数据设计为主，用微机辅助设计仅是帮助分析 问题。为了缩短注塑模具设计与制造周期，再我国已逐渐应较为彻底地实施标准化。 在模具制造上采用自动化无人操作，从 1996 年开始每台机床每年可达 8000h 无人操作 运转开始起步，这一成果已广为利用和大力推广。目前，国内模具企业中已有相当多 厂家引进了较高档的 CAD/CAE/CAM 系统，UG,Pro/Engineer 等著名软件在模具工业中 应用，同时，我国在开发自动注塑成型机方面已取得显著成果，对于高自动化模具的 研制还需要进一步努力，以尽快实现注塑成型制品生产的高自动化。 1.5 课题设计的内容 本课题是常州隆翔汽车零部件有限公司的设计产品，与生产实际结合紧密。该产 品是消毒柜上重要塑料件，精度要求较高，设计模具时有较复杂的测向分型机构，年 产量约 3 万件。材料为 ABS，要求成型后制件尺寸稳定，无翘曲变形，表面光洁美观、 无瑕疵。根据塑件的结构特点进行模具方案论证，并进行模具总体装配图的设计，主 要成型零件的设计与计算，并完成装配图和零件图的绘制。 1.5.1 本课题的设计要求 (1) 模具寿命为 50 万次 (2) 进行课题调研，收集相关工程设计资料，按要求撰写开题报告。 (3) 完成与本课题或专业相关的英文翻译 15000 字符。 (4) 能正确进行塑料制件结构工艺性分析、及精密注射成型工艺分析。 (5) 能够应用工程软件进行三维造型及 CAE 分析。 (6) 用电脑绘制一张模具装配图，及绘制五张主要零件图 (7) 设计说明书叙述详尽、内容完整，表达准确，设计计算正确，图表、字体、 文献资料引用符合相应规范。 1.5.2 本课题的设计目的和意义 进一步加深注塑模具设计知识的认识，掌握塑料模具设计的方法和步骤具备塑 料模具设计的基本技能和运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。了 解塑料注射模具行业在国内外发展状况。在学习了课本知识的基础上达到理论与实 际相结合的升华，提高自己的独立动手能力。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 2 2.2.塑料件的结构工艺性分析及模架的选择塑料件的结构工艺性分析及模架的选择 21 塑料的原材料分析 塑料的材料选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），属热塑性塑料，该塑料具有如 下的成型特性： 无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品 种确定成形方法及成形条件。 吸湿性强，含水量应小于 0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时 间预热干燥。 流动性中等，溢边料 0.04mm 左右(流动性比聚苯乙烯，AS 差，但比聚碳酸酯、聚 氯乙烯好)。 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂， 料温更宜取高)，料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为 250左右，比聚 苯乙烯易分解)，对要求精度较高塑件模温宜取 5060，要求光泽及耐热型料宜取 6080，注射压力应比加 5 工聚苯乙烯的高，一般用柱塞式注射机时料温为 180230，注射压力为 100140Mpa，螺杆式注射机则取 160220， 70100Mpa。 模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，应 注意选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹(但在 热水中加热可消失)，脱模斜度宜取 2以上。 2.2 塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析 2.2.1 塑料件的结构分析 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 3 图 1 制件的零件简图如图 1 所示 该零件的总体形状为薄壁半圆环形。 零件一侧沿脱模方向设计有脱模斜度约为 2利于制件的推出。 制件平均壁厚约为 1.5mm,总体壁厚均匀一致。 制件外形转角处尽可能地设计成圆弧过渡，减少应力集中，改善塑料的充模特性， 增加模具的坚固性。 2.2.2 塑料尺寸精度的分析 该零件的重要尺寸，如 650.43mm 的尺寸精度为 3 级，次重要尺寸 220.25mm 的尺寸精度为 4 级，其他尺寸均无公差要求，一般可采用 5 级精度。 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中上等偏上，对应模具相关零件尺寸的 加工可以保证。从塑料的壁厚上来看，壁厚最大处 3mm,最小处为 1mm,壁厚差为 2mm,较 为均匀。 2.2.3 表面质量的分析 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其他特别的要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以 得到保证。 23 塑料的注射工艺参数的确定及模架的选择 计算塑料件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 计算得塑件的体积： 3 .610 cmV 计算塑件的质量：公式为VW 根据设计手册查得 ABS 的密度为，现取故塑件的重02 . 1 3 /16 . 1 cmg 3 /08 . 1 cmg 量为： VW = =10.61.08g = =11.448g 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：国产 XSZY125 其技术参数如表 5-1 所示： 结构形式：卧 额定注射量（cm3）： 125 螺杆直径（mm）： 42 注射压力（MPa）： 120 注射行程（mm）： 115 表 5-1 XZ-ZY-125 卧式注塑机技术参数 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 4 注射时间（s）： 1.6 注射方式：螺杆式 锁模力(kN)： 900 最大成型面积（cm2）： 320 最大开合模行程（mm）： 300 模具最大厚度（mm）： 300 模具最小厚度（mm）： 200 喷嘴圆弧半径（mm）： 12 喷嘴孔直径（mm）： 4 顶出形式：两侧设有顶出，机械顶出 动定模固定板尺寸(mm)： 428458 拉杆空间(mm)： 260290 合模方式：液压机械 流量 （L/min） 100，12 液压泵 压力（MPa） 6.5 电动机功率（kw） 11 螺杆驱动功率（kw） 4 加热功率（kw） 5 机器外形尺寸（mm）： 33407501550 根据情况，苯乙烯-丁二烯-丙烯腈聚物（ABS）的成型工艺参数可作如下选择，在 试模时可根据实际情况作适当的调整。 注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：后段温度 选用 170 1 tC 中段温度选用 180 2 tC 前段温度选用 200 3 tC 喷嘴温度：选用 180C 模具温度：选用 80C 注射压力：选用 90Mpa 注射时间：选用 20s 保压时间：选用 2s 保压力： 60Mpa 冷却时间：选用 28s 总周期： 50s 根据塑件选定模架为：GB12556-90：315*315,其中模板 A,B 的尺寸分别选 32mm 和 40mm，垫块高度选 100mm 的如下所示 A2 型： 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 5 图 3-1 塑件的模架 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 6 3.3. MoldMold flowflow 模拟分析模拟分析 31 网格划分和修改结果 如图 3-1 图 3-1 制图网格优化分析结果 有网格状态统计表格可以看出联通域为 1，自由边为 0，为定向单元为 0，交叉 单元为 0，网格匹配率大于 85%，显然网格划分及修改符合要求。 3.2 最佳浇口的位置的分析及选择 最佳浇口的位置的分析结果如图 3-2 图 3-2 最佳浇口位置的分析结果 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 7 3.2.1 两种浇口位置方案的比较 方案一：一个浇口设计在工件的外圆边缘。 方案二：一个浇口放在工件内侧两个圆之间。 (1) 浇注时间 注射时间是成型周期的重要组成部分，是决定注射成型效率和塑件质量的一项重 要因素。注射时间是指注射开始到塑料熔体充满模具型腔的时间。注射时间缩短，取 向下降，剪切速率增加，绝大多数的塑料的表观粘度均下降，对剪切速率敏感的塑料 尤其这样。 图 3-3 是两种浇口方案的注射时间图。 （a） (b) 图 3-3 两种方案的注射时间 两种方案浇注时间： 方案（一）的浇注时间为 0.7910S； 方案（二）的浇注时间为 0.6769S。 由浇注时间比较方案选择浇口放在工件内侧两个圆之间的浇注时间比较短。 (2) 流动前沿温度 温度对熔体的充模流动能力、宿建德冷却速度和成型后的塑件性能有直接影响。 图 3-4 是两种方案的流动前沿温度图 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 8 （a）(b) 图 3-4 为两种方案的流动前沿温度 两种方案的流动前沿温度： 方案（一）的温度范围 225.3230.0（） ；c 方案（二）的温度范围 226.3230.0（） 。c 两种方案的温度范围相差不大。 (3) 压力 压力包括塑化压力、注射压力和保压压力。塑化压力对熔体的实际温度、塑化效 率及成型周期均有影响。注射压力和保压压力塑件的完整性、密实状况、质量、壁厚、 凝料的尺寸等均会产生影响。 图 3-5 是两种浇口方案的压力图 （a） (b) 图 3-3 两种浇口压力 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 9 两种浇口压力的分析比较： 方案（一）的压力为 19.07（MPa） ； 方案（二）的压力为 16.94（MPa） (4) 气穴 气穴应当位于分形面或者筋骨末端，这样才容易从模腔间隙中排出，否则就要通 过修改浇口位置、改变制件区域壁厚或者修改制件设计等方法改变困气的位置，以防 止制件出现气泡、焦痕等相关缺陷。 图 3-6 显示的是三种浇口方案的气穴分布状况。 （a）(b) 两种浇口的方案的气穴分布情况： 方案（一）的气穴较多； 方案（二）的气穴与方案（一）的比较，相对较少。 (5) 熔接痕 较多部位出现熔接痕，容易使产品强度降低，特别是在产品可能受力的部位产生 的熔接痕会造成产品结构上的缺陷。同时熔接痕还会造成产品表面质量不过关。在使 用中可能由于熔接痕处首先裂开，影响制件的质量。 图 3-7 是两种方案的熔接痕分布图。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 10 （a） (b) 图 3-7 熔接痕分布 综上所述选择第二种。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 11 4.4.型腔数的确定及浇注系统的设计型腔数的确定及浇注系统的设计 4.1 分型面的选择 分型面的选择通常有以下原则： （1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件 流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件 冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔 较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度 小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有 分型的痕迹。 （2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。 （3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。 （4）分型面应有利于侧向抽芯。 此模具分型面设在塑料断面尺寸最大的部位。如图 4-1 所示： 图 4-1 该塑件为消毒柜侧盖，表面质量无特殊要求，结合塑件在模具中的成型位置， 塑件的推出位推杆推出等综合因素根据分型面的设计原则可确定此零件采用图 2 所示 的分型面比较合适。 4.2 型腔数的确定 型腔数的确定有多种方法，此处采用注射机的最大注射量来确定它的形腔 数目。 形腔数目 n 根据公式如下： 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 12 （4-1）MMjkMnn/ )( 式中： k -为注射机最大注射量得利用系数，一般取值为 0.8； Mn-注射机的最大注射量，或 g； 3 cm Mj-浇注系统的凝料量， 或 g； 3 cm M-单个塑件的体积或者质量 ，或 g 3 cm 生产 k 为注射机最大注射量得利用系数。现取 k 值为 0.8; Mn=60; 3 cm Mj=23.2; 3 cm M=10.6. 3 cm 2.34.610/.223-60.80）（n 由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构。 4.3 确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具 结构的复杂程度等因素，拟采用图 3 所示的型腔排列方式。如图 4-2 示 图 4-2 4.4 浇注系统的设计 4.41 主流道的设计 根据设计手册查得 XSZ60 型注射成型机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前段孔径： mmd4 0 喷嘴前段球面半径： mmR12 1 为了使凝料能顺利拔出，主浇道的小端直径应稍大于注射喷嘴直径。d 0 d mmdd5141 0 主流道入口的凹球坑球面半径也应大于注射机喷嘴球头半径，通常为： 2 R 1 R 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 13 mmRR)21 ( 12 mmmmRR131 12 主流道要垂直于分型面流道的表面粗糙度 Ra。浇道的半锥角通常m.80 为。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难， 2 6 还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用。经换算得主流道大端直径 3 ，为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径mmD9 r=1/85mm=0.625mm 的圆弧过渡。主流道的长度 L 一般控制在 60mm 之内，可取 L=55mm。 图 4-3 4.4.2 冷料井与拉料杆的设计 卧式注塑机用模具的冷料井常设在与主流道末端相对的动模上，冷料井的底部 或四周常作成曲折的钩型或侧向凹槽，使冷料井在分模时能将主流道凝料从主流道中 拉出留在动模上。 根据该塑件的结构特点，设计成依靠顶杆顶出的脱模方式，在冷料井底部设计 成带 Z 型头拉料钩的推杆，即拉料杆。由于拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住，分 模即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推件版上，在推出制件时，冷料 也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝 料一道取下。 4.4.3 分流道的设计 分流道在设计时应尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低， 同时还要考虑减少流道的容积。圆形和正方形的流道的效率最高，当分型面为平面时 一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，可采用半圆形的流道。一般分流 道直径在 310mm 范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁 厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第 2 卷中图 9.2-12 所示的经验曲线来 选定，经查取 D=3.6mm 较为合适，分流道长度取 L=100mm，对于壁厚小于 3mm、重量 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 14 在 200g 以下的塑料制品利用下面的经验公式来计算分流道的直径 （4-2） 4 2654 . 0 LGD 式中： D-分流道直径（mm）; G-制件质量（g）; 取 G=22.896g,L=100mm 代入公式所得的分流道直径扩大 25%得 D=5mm。 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动比较理想， 因此表面粗糙度取 Ra。可以增加外层塑料的冷却皮层固定，形成绝热层。m1.6 4.4.4 浇口的设计 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用潜伏式浇口。潜伏式浇口的分流道 位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐藏处，塑料熔体通过形腔的侧面 或者推杆的端部注入形腔，因而塑件外表面不受损伤，不至于因浇口的痕迹而影响塑 件的表面质量与美观效果。因为该制件无表面质量的特殊要求，又是中小型制品的一 模两腔结构，根据情况可以采用潜伏式浇口开设在推杆的上部而进料口开设在推杆上 端的形式。 潜伏式浇口一般是圆形截面，潜伏式浇口的锥度取，倾斜 a=。 10 20 45 60 推杆上进料口的宽度 b=0.82mm。 确定浇口直径经验公式如下： （4-3） 42 )20 . 0 14 . 0 (Ad 式中： -塑件在浇口处的厚度，mm; d-点浇口的直径，mm; A-形腔的表面积，。 2 mm 型腔的表面积，即制品外表面面积。 计算得 6892)( 2 mm 2 mm 将以上各数据代入公式得 d=1.8 mm。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 15 5.5.排气、冷却系统的设计与计算排气、冷却系统的设计与计算 5.1 排气系统的设计 塑料熔体充模过程很短，可认为模内气体物理性质符合绝热条件。所需排气槽的 截面面积可用如下公式计算： （5-1） 式中：-排气槽截面面积；F)( 2 m -模具内气体质量； 1 m)(kg -模内气体的初始压力，=； 0 p 0 pMpa1 . 0 -模内被压缩气体的最终温度； 1 T)( C -充模时间。t)(s 模具内气体质量，按常压常温的氮气密度计算，有C 20 3 0 /16 . 1 mkg （5-2） 001 Vm 式中： -模具型腔体积。 0 V)( 3 m 应用气体状态方程，可求得上式中被压缩气体的最终温度：)( C （5-3） 式中： -模具内气体的初始温度 0 T)( C 由 3 10600mmV 充模时间 1s 被压缩气体最终排气压力为 20Mpa 0 11 27325 tp Tm F 273)(273( 1304. 0 1 01 p p TT 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 16 有式（5-3）得： CT 7 . 311273) 1 . 0/20)(20273( 1304 . 0 1 模内的气体质量由（5-2）式得： kgkgVm 56 001 1023 . 1 16 . 1 10.610 将数据代入（5-1）式得：所需排气槽的截面面积为： 查取塑件材料为 ABS 的分型面上排气槽深度度 h=0.03mm，因此排气槽的总 宽度为： 5.2 冷却系统的设计与计算 冷却系统设计的有关公式： （5-4） 式中 -冷却水的体积流量 V qmin)/( 3 m -单位时间内注入模具中的塑料重量Wmin)/(kg -单位质量的塑料制品在凝固时所放出的热量 1 Q)/(kgkJ -冷却水的密度 )/( 3 mkg 3 1098 . 0 -冷却水的比热容 1 c)./(CkgkJ 187 . 4 -冷却水的出口温度 1 )( C 25 -冷却水的入口温度 2 )( C 20 可表示为： （5-5） 1 Q)( 4321 ucQ 265 0744 . 0 )101 . 01/()7 .3112731023 . 1 25(mmF mm h F W48 . 2 03 . 0 0744 . 0 )( 211 1 c WQ qV 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 17 式中 -塑料的比热容 2 c)./(CkgkJ 047 . 1 -塑料熔体的初始温度 3 )( C 200 -塑件在推出时的温度 4 )( C 80 -结晶型塑料的熔化质量焓 u)/(kgkJ 查表得 ABS 单位质量放出的热量 kgkJQ/101 . 3 2 1 将以上各数据代入(5-4)式得： min/1073. 5 2025178. 41098. 0 690017. 0 21 qv 34 3 1 1 m C WQ 上述计算的假设条件是：模具的平均工作温度为，常用的水作为模具C 40C 20 的冷却介质，其出口温度为，产量为。由体积流量查表可知所需的C 25min/017 . 0 kg 冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故不可设冷却系统，依靠空冷的方式即可。 但为满足模具在不同温度条件下的使用。可在适当的位置布置直径 d 为 8mm 的 管道 来调节温度。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 18 6.6.成型零件的设计成型零件的设计 6.1 注射模钢材的选用 考虑到产品的年产量为 3 万件左右，选用塑料模具钢中的国产 P20(3Cr2Mo)钢种来 制造注射模成型零件。 6.2 成型零部件的设计与计算 6.2.1 凹模和型芯的尺寸计算 凹模的结构采用整体嵌入式，这样有利于节省贵重金属材料。型芯采用组合式结构， 有利于加工和排气。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平 均制造公差和平均磨损量来进行计算。 工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，成型零件的加工精度和 质量决定了塑件的精度和质量，工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约，影响塑件尺 寸精度的因素甚多，如：塑料原材料，塑件结构和成型工艺，模具结构，模具制造与 装配，模具使用中的磨损等因素。 在型腔、型芯径向尺寸以及其他各类工作尺寸计算公式导出过程中，所涉及的无 论是塑件尺寸和成型模具尺寸的标注都是按规定方法标注的。凡孔都是按基孔制，公 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 19 差下限为零，公差等于上偏差，即公差为正；凡是轴类都按基轴制，公差上限为零， 公差等于下偏差，公差为负；而孔心距尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。 查阅课本塑料成型及模具设计 ，所用的公式如下： 型腔径向尺寸： z LsSLcpM 0 4 3 )1 ( （6-1） 型芯的径向尺寸： 0 4 3 )1 ( z scpMlSl （6-2） 型腔的深度尺寸： （6-3） Z HsSHcpM 0 3 2 )1 ( 型芯的高度尺寸： （6-4） 0 3 2 )1 ( z scpMhSh 以上式中，LM型腔径向尺寸（mm） LS、lS塑件径向公称尺寸 (mm) 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 20 lM型芯径向尺寸(mm) HM型腔深度尺寸(mm) HS塑件高度公称尺寸(mm) hM型芯高度尺寸(mm) hS塑件深度公称尺寸(mm) Scp 塑料的平均收缩率(%) （S=）%55 . 0 2 007 . 0 004 . 0 塑件公差值(mm)（实用 模具设计与制造手册查查表 6-45） 取 z = ） 3 对于型腔径向尺寸来说，已知： LS1=115.00,=0.56,Z=0.19 LS2=90.00,=0.56,Z=0.19 将以上数据代入式（6-1） ，可得： 19 . 0 0 19 . 0 0 1.211556 . 0 4 3 00.115%)55 . 0 1 (1 ML 19 . 0 0 19 . 0 0 8.09056 . 0 4 3 0.090%)55 . 0 1 (2 ML 对于型腔深度尺寸来说，已知 HS=22mm, =0.22, Z=0.07 将以上数据代入式（5-3） ，可得： 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 21 07 . 0 0 07 . 0 0 7.92122 . 0 3 2 22%)55. 01 ( MH 对于型芯径向尺寸来说，已知： =112,=0.56,Z=0.191sl =87, =0.56,Z=0.192sl 将以上数据代入式（6-2） ，可得： 0 19 . 0 0 19 . 0 03.11356 . 0 4 3 112%)55 . 0 1 (1 Ml 0 19 . 0 0 19 . 0 20.98756 . 0 4 3 87%)55 . 0 1 ( Ml 对于型芯高度尺寸来说，已知： =18.50mm, =0.24, Z=0.08Sh 将以上数据代入式（5-4） ，可得 0 07 . 0 0 07 . 0 5.71822 . 0 3 2 0.518%)55 . 0 1 ( Mh 6.3 型腔壁厚和底板厚度的计算 凹模和底板均应有足够的厚度，厚度过薄将会导致模具结构的刚度不足或强度不 够，一般情况下，对于大、中型模具，刚度不足是主要矛盾，对于小型模具，强度问 题更为重要。强度不够会使模具发生塑性变形甚至破裂。而刚度不足将使模具产生过 大的弹性变形，导致溢料和出现飞边，降低塑料件尺寸精度并影响顺利脱模。因此， 应该通过强度和刚度计算确定型腔的壁厚和底板的厚度。尤其对于尺寸精度要求高的 或大型的模具型腔，更不能单纯的凭经验确定它们的尺寸。 本设计是整体式半圆型腔，其型腔壁厚和底板厚度计算如下。 6.3.1 型腔侧壁厚度的计算： （1）按刚度条件计算： (6-5) 3 4 1 15 . 1 El ph s （2）按强度条件计算： （6-6） ) 1 2 ( p rs 式中，s-为侧壁厚度 E 模具材料的弹性模量（Mpa） ，合金钢为 2.1Mpa 5 10 P 型腔压力（Mpa） 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 22 刚度条件，即允许变形量（mm） 模具材料的许用应力(Mpa)(表 4-13 查出) h 型腔深度（mm） l 一宽度单位 已知： = 245MPa, E=2.110MPa,p=40MPa,=0.04, h=18.5 按刚度条件计算有 mms66.49 04 . 0 101 . 2 .51840 5.11 3 5 4 按强度条件计算有 =6.775mm) 1 402245 245 (13 s 所以取 s 的值必须大于 9.466mm。 6.3.2 底板厚度计算 按刚度条件计算有 3 4 6.50 E pr sh 按强度条件计算有 2 87 . 0 r s p h 按刚度条件计算有 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 23 mmhs17. 9 04 . 0 5 101 . 2 3140 3 1 4 56. 0 按强度条件计算有 85.28mm 04 . 0 3140 87 . 0 2 sh 当= 245MPa, E=2.110MPa,p=40MPa,=0.04, h=18.5mm 时，强度与高度计算的分界线尺寸为 64mm。当 r 比 64mm 大时按刚度 条件计算底板厚度，反之按强度条件计算底板厚度。 由于型腔上还要打冷却水道，会降低板的强度，所以应将 s 和 hs 的值扩大。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 24 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 25 7.7.侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计侧向抽芯机构和斜销顶出机构的设计 7.1 侧向抽芯机构： 当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况下可以 强制脱模外，一般都必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前， 先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。完成侧向活动型芯的抽出和复位的 这种机构就叫做侧向抽芯机构。这种模具脱出塑件的运动有两种情况：一是开模时优 先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧向抽芯与塑件的推出同时进行。侧向 分型的抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种类型。手动抽芯机构 的结构简单，但劳动强度大，生产效率低，故仅适用于小型制品的小批量生产；液压 或气动抽芯侧向分型的活动型芯可以依靠液压或气压传动的机构抽出。由于一般注塑 机没有抽芯液压缸或气压缸，因此需要另行设计液压或气压传动机构及抽芯系统；机 动抽芯是利用注塑机的开模力通过传动机构改变运动方向，将侧向的活动型芯抽出。 机动抽芯机构的结构比较复杂，但抽芯不需人工操作，抽拔力较大，具有灵活、方便、 生产效率高、容易实现自动化操作、无需另外添置设备等优点，由于本塑件上有一个 矩形孔，需外侧抽芯，有两个矩形孔和一个圆形孔需内测抽芯。综合上述分析，本设 计选择机动抽芯机构进行抽芯。 由于本制件的精度要求高，需要单个侧抽只有一处，较为简单，此处可斜导柱侧 向分型与抽芯机构。具体如图 7-1 所示: 图 7-1 7.2 抽芯距与抽芯力的计算 抽芯距是指侧型芯从侧成型位置抽至不妨碍塑料脱模位置时该型芯或固定该型芯 的滑块在抽芯方向所移动的距离，抽芯距的长短直接关系到驱动侧抽芯传动元件的设 计 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 26 （7-1）32 22 rRs 本设计中需要抽芯长度 R=4mm,r=2mm 抽芯距 s=3.4+2.6=6mm 完成抽拔距S，滑块在开模方向所需移动的距离，即完成抽拔所需的开模行程 H=Sctg= mm48.1620cot6 7.3 斜导柱圆形截面直径的计算 相配合的斜导柱圆形截面直径 （7-2） 3 1 1 . 0 FL d )sincos(uchpF 式中，L1弯曲力作用点距斜导柱伸出的部分跟部的距离，取 l=30mm 导柱材料的许用弯曲应力，取=137.2 MPa F侧抽芯时斜导柱所受的弯曲力，即斜导柱对滑块的正压力 C侧抽芯横截面的周长 h活动型芯成型部分的高度 P塑件对型芯单位面积上的包紧力， （取 10MPa） u塑件对钢的摩擦系数，取 0.15 脱模斜度，取 1. =106.02N)1sin1cos15 . 0 (10240F mmd14 . 6 2 . 1371 . 0 3002.106 3 7.4 斜导柱长度的计算 斜导柱长度根据抽芯距、固定端模板厚度、斜导柱直径以及斜角大小确定。 L=)105( sin tan 2cos tan 2 54321 sdhD lllll 式中，L斜导柱总长（mm） D斜导柱固定部分台肩直径 斜导柱斜角 S抽芯距 h斜导柱固定板厚度 由所选的模架可知，h=32m, 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 27 为了保证模具的安全及其寿命，斜导柱圆直径取 d=10mm 台肩直径为 D=14mm 那么，L=+(510)mm=55.96+(510)mm 20sin 6 20tan 2 10 20cos 32 20tan 2 14 此选择斜导柱长度选择 60mm 8.8.导向与定位机构的设计导向与定位机构的设计 8.1 导柱设计 导柱结构设计为带有轴向定位台阶，固定端与导向段具有同一公称尺寸、不同 公差带的带头导柱，并且参照 GB4169.4-1984.其结构简单，加工方便。用于大批 量生产可在模具中加设导套。 （如图 8-1 所示） 。 形状 图 8-1 设计尺寸 mmD 025 . 0 40mmd 25.00- 50.00- 32mmS8mmL 5 . 1 50 公差配合 安装段与模板间采用过渡配合 H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合 H7/f7。 粗糙度 固定段表面用，导向段表面用。mRa6 . 1mRa8 . 0 材料 导柱应具有硬而耐磨得表面，坚韧而不易折断的芯部，多采用低碳钢 （20 号钢）渗碳（0.50.8mm 深）,经淬火处理（HRC5660）或碳素工 具钢（T8A、T10A）经淬火处理或表面淬火处理(HRC5055)。 常州工学院机电工程学院毕业设计论文 28 此外，导柱的端面制成锥形或半球形的先导部分，以使导柱能顺利进入导向孔。 导柱的长度必须比凸模的高度高出 68mm.以免导柱未导准方向而型芯先进入模腔与其 可能相互碰撞而顺坏。 8.2 导套设计 导套的结构形式为带有轴向定位台阶的带头导套（如图 8-2 所示） 。 形状 图 8-2 设计尺寸 参照 GB4169.3-84： mmD 17.00 42mmd 5.020 40mmS8mmd 018 . 0 002 . 0 351 mmL .10- .20- 32mmd 50.00- 75.00- 352 公差配合与表面粗糙度 导套内孔与导柱之间为动配合 H7/f7,外表面与模板孔为较 紧的过渡配合 H8/k7(带轴肩导套)，其前端可设计一长 3mm 的引导部分，按松动配合 H8/e7 制造，其粗糙度内外表面 均可用或。mRa8 . 0mRa6 . 1 材料 导套的材料可用耐磨材料，如铜合金制造，当用碳钢时也 可采用碳素工具钢淬火处理。 淬火处理。硬度 HRC5055,或采用 20 号钢渗碳淬火，其表 常州工学院机电工程学院毕业设计论文